Lock锁

## synchronized
synchronized 是 Java 中用于控制多线程并发访问的关键字，它可以保证一个线程在执行特定代码段时，其他线程不能执行该代码段，从而避免多线程环境下的数据不一致问题。
### synchronized 的关键信息
1. 锁的四种状态
synchronized 的锁有四种状态，分别是：
无锁状态：对象未被任何线程锁定。
偏向锁：锁偏向于某个线程，该线程可以快速获取锁。
轻量级锁：通过 CAS 操作尝试获取锁，适用于低竞争场景。
重量级锁：使用操作系统提供的互斥锁机制，适用于高竞争场景。
2. 锁的性能优化
锁消除：JVM 在某些情况下会自动消除锁，以提高性能。
锁粗化：将多个连续的锁操作合并为一个锁操作，减少锁的开销。
3. synchronized 与 Lock 的区别
性能：在高并发场景下，Lock 的性能通常优于 synchronized，因为 Lock 支持更细粒度的锁控制和非阻塞机制。
灵活性：Lock 提供了更灵活的锁控制，如尝试获取锁、公平锁等。
解锁方式：synchronized 无需手动释放锁，而 Lock 需要手动释放锁。
4. synchronized 的使用
修饰方法：锁住当前对象实例或类对象。
修饰代码块：锁住指定的对象。

### 锁升级
synchronized的锁升级机制是指在不同的线程竞争情况下，锁的状态会从低级别逐渐升级到高级别，以提高性能和资源利用率。锁升级的过程如下：
**无锁状态：**
当对象刚创建时，处于无锁状态，任何线程都可以自由访问和修改对象的数据。
**偏向锁：**
当一个线程第一次访问对象时，锁会从无锁状态升级为偏向锁。偏向锁会将对象头中的 Mark Word 设置为当前线程的 ID，后续同一线程再次访问时，只需检查 Mark Word 是否是自己的线程 ID 即可，无需额外的 CAS 操作。
**轻量级锁：**
当有其他线程尝试获取已经被偏向的锁时，偏向锁会升级为轻量级锁。轻量级锁通过 CAS 操作尝试获取锁，如果成功则继续执行，否则会进一步升级为重量级锁。
**重量级锁：**
当轻量级锁的 CAS 操作失败，表示存在线程竞争，锁会升级为重量级锁。重量级锁使用操作系统提供的互斥锁机制，线程在竞争锁时会进入阻塞状态。
### 锁降级
锁降级是指在某些情况下，锁的状态从高级别降为低级别。锁降级的主要目的是为了提高性能和资源利用率。例如，在添加了写锁后再添加读锁，可以保证数据的可见性

## Lock锁
相比同步锁，JUC包中的Lock锁的功能更加强大，它提供了各种各样的锁（公平锁，非公平锁，共享锁，独占锁……），所以使用起来很灵活。

Lock是一个接口，这里主要有三个实现：ReentrantLock、ReentrantReadWriteLock.ReadLock、ReentrantReadWriteLock.WriteLock

## ReentrantLock可重入锁
* ReentrantLock：悲观的独占的排他的互斥的可公平可不公平的可重入锁
```
ReentrantLock lock = new ReentrantLock(true/false);
lock.lock()/unlock();
```
* 可重入性：
可重入锁又名递归锁，是指在同一个线程在外层方法获取锁的时候，再进入该线程的内层方法会自动获取锁。Java中ReentrantLock和synchronized都是可重入锁，可重入锁的一个优点是可一定程度避免死锁。
* 公平锁
ReentrantLock还可以实现公平锁。所谓公平锁，也就是在锁上等待时间最长的线程将获得锁的使用权。通俗的理解就是谁排队时间最长谁先执行获取锁。
* 限时等待
这个是什么意思呢？也就是通过我们的tryLock方法来实现，可以选择传入时间参数，表示等待指定的时间，无参则表示立即返回锁申请的结果：true表示获取锁成功，false表示获取锁失败。我们可以将这种方法用来解决死锁问题。

### ReentrantLock和synchronized区别详解

（1）synchronized是独占锁，加锁和解锁的过程自动进行，易于操作，但不够灵活。ReentrantLock也是独占锁，加锁和解锁的过程需要手动进行，不易操作，但非常灵活。

（2）synchronized可重入，因为加锁和解锁自动进行，不必担心最后是否释放锁；ReentrantLock也可重入，但加锁和解锁需要手动进行，且次数需一样，否则其他线程无法获得锁。

（3）synchronized不可响应中断，一个线程获取不到锁就一直等着；ReentrantLock可以响应中断。

## ReentrantReadWriteLock读写锁
在并发场景中用于解决线程安全的问题，我们几乎会高频率的使用到独占式锁，通常使用java提供的关键字synchronized或者concurrents包中实现了Lock接口的ReentrantLock。它们都是独占式获取锁，也就是在同一时刻只有一个线程能够获取锁。而在一些业务场景中，大部分只是读数据，写数据很少，如果仅仅是读数据的话并不会影响数据正确性（出现脏读），而如果在这种业务场景下，依然使用独占锁的话，很显然这将是出现性能瓶颈的地方。针对这种读多写少的情况，java还提供了另外一个实现Lock接口的**ReentrantReadWriteLock**(读写锁)。**读写锁允许同一时刻被多个读线程访问，但是在写线程访问时，所有的读线程和其他的写线程都会被阻塞**。

读写锁的特点：

1. 写写不可并发
2. 读写不可并发
3. 读读可以并发
### 读写锁的锁降级
锁降级就是从写锁降级成为读锁。在当前线程拥有写锁的情况下，再次获取到读锁，随后释放写锁的过程就是锁降级。
### 读写锁总结
1. 支持公平/非公平策略
2. 支持可重入
同一读线程在获取了读锁后还可以获取读锁
同一写线程在获取了写锁之后既可以再次获取写锁又可以获取读锁
1. 支持锁降级，不支持锁升级

2. 读写锁如果使用不当，很容易产生“饥饿”问题：
   在读线程非常多，写线程很少的情况下，很容易导致写线程“饥饿”，虽然使用“公平”策略可以一定程度上缓解这个问题，但是“公平”策略是以牺牲系统吞吐量为代价的。

3. Condition条件支持
   写锁可以通过`newCondition()`方法获取Condition对象。但是读锁是没法获取Condition对象，读锁调用`newCondition() `方法会直接抛出`UnsupportedOperationException`。